EP2711658A2 - Wärmeübertrager - Google Patents

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Publication number
EP2711658A2
EP2711658A2 EP13182842.8A EP13182842A EP2711658A2 EP 2711658 A2 EP2711658 A2 EP 2711658A2 EP 13182842 A EP13182842 A EP 13182842A EP 2711658 A2 EP2711658 A2 EP 2711658A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
flat tubes
refrigerant
heat exchanger
inflow region
inflow
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP13182842.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP2711658A3 (de
Inventor
Dr. rer. nat. Günther Feuerecker
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mahle Behr GmbH and Co KG
Original Assignee
Behr GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Behr GmbH and Co KG filed Critical Behr GmbH and Co KG
Publication of EP2711658A2 publication Critical patent/EP2711658A2/de
Publication of EP2711658A3 publication Critical patent/EP2711658A3/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/10—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses
    • F28F1/12—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/02—Header boxes; End plates
    • F28F9/0202—Header boxes having their inner space divided by partitions
    • F28F9/0204—Header boxes having their inner space divided by partitions for elongated header box, e.g. with transversal and longitudinal partitions
    • F28F9/0209—Header boxes having their inner space divided by partitions for elongated header box, e.g. with transversal and longitudinal partitions having only transversal partitions
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D1/00—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators
    • F28D1/02—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid
    • F28D1/04—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits
    • F28D1/053—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits the conduits being straight
    • F28D1/0535—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits the conduits being straight the conduits having a non-circular cross-section
    • F28D1/05366—Assemblies of conduits connected to common headers, e.g. core type radiators
    • F28D1/05375—Assemblies of conduits connected to common headers, e.g. core type radiators with particular pattern of flow, e.g. change of flow direction
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/02—Header boxes; End plates
    • F28F9/026—Header boxes; End plates with static flow control means, e.g. with means for uniformly distributing heat exchange media into conduits
    • F28F9/027—Header boxes; End plates with static flow control means, e.g. with means for uniformly distributing heat exchange media into conduits in the form of distribution pipes

Definitions

  • the invention relates to a heat exchanger with a block of parallel arranged flat tubes and arranged between the flat tubes ribs, the flat tubes form flow channels, which are traversed by a refrigerant and the flat tubes are flowed around by a coolant, wherein the flat tubes at their end with collecting tanks in Fluid communication are, wherein the refrigerant is flowed into an inflow region of a collection box, which is in fluid communication with at least one of the flow channels.
  • Evaporators in air conditioning systems of motor vehicles are often flowed through with a refrigerant.
  • the refrigerant present in a two-phase state is completely converted into a gaseous phase in the evaporator.
  • the refrigerant has both a liquid and a gaseous phase.
  • the DE 10 2005 004 284 A1 discloses, for example, a flat-tube evaporator, which has on one of its laterally arranged collection box, a lateral surface oriented parallel to the plane of the flat tubes on the side, an inflow opening through which the refrigerant can flow into the evaporator.
  • the refrigerant is distributed freely in the inflow region and flows from there into the flat tubes.
  • the US 2006/0201198 A1 discloses a flat tube evaporator having a nozzle on the side wall of the header tank oriented parallel to the plane of the flat tubes. Through the nozzle is trying to ensure the most uniform inflow of the refrigerant over the entire length of the header tank.
  • the EP 1 548 380 A2 discloses an injection conduit led into the header having along its extension into the header a plurality of openings which are preferably aligned in a common direction. The refrigerant flows through this injection pipe and exits from the plurality of openings to be evenly distributed in the collecting box.
  • the openings point in a direction away from the inlets of the flat tubes.
  • a disadvantage of the devices according to the prior art is that a uniform distribution of the two-phase refrigerant is not achieved via the collecting box, both at low and at high mass flows.
  • An embodiment of the invention relates to a heat exchanger with a block of flat tubes arranged parallel to each other and between the flat tubes arranged ribs, wherein the flat tubes form flow channels, which are traversed by a refrigerant and the flat tubes are flowed around by a coolant, wherein the flat tubes are in fluid communication at their end with collecting tanks, wherein the refrigerant can be flowed into an inflow region of a collecting box, which with at least one of the flow channels is in fluid communication, wherein the inflow region has a line extending through the inflow region for flowing the refrigerant, wherein a refrigerant transfer from the conduit to the inflow region of the header box is provided, which is arranged in the central region of the inflow region of the header tank, wherein the middle Range is related to a direction which is oriented perpendicular to a plane of the flat tubes.
  • the refrigerant Via the line, which runs in the interior of the collecting tank, the refrigerant can be flowed into the inflow region of the collecting tank at a defined point. As a result, a more even distribution of the refrigerant in the inflow region of the collecting tank can be produced. By a more uniform distribution, the efficiency of the heat exchanger can be increased.
  • the arrangement of the refrigerant transfer in the central region of the inflow region is particularly conducive to a uniform distribution of the refrigerant in the inflow region, since the flow path to the respective most remote flat tubes is the same.
  • a flat tube consists of essentially two opposing large flat side surfaces, which are connected to each other via two narrow sides.
  • the plane of the flat tubes therefore refers to a plane that runs parallel to the large flat side surfaces of the flat tubes.
  • the line extends substantially perpendicular to a plane of the flat tubes.
  • the line extends substantially over half the length of the inflow region or extends over the substantially entire length of the inflow region.
  • An extension of the conduit over the entire length of the inflow region ensures that the blocking effect caused by the conduit is the same for the refrigerant that has flowed into the inflow region over the entire length of the inflow region. This promotes a uniform distribution of the refrigerant in the inflow area.
  • the blocking effect arises through the line, which is the free flow of the refrigerant within the inflow in the way.
  • an embodiment with a line which extends only over half the length of the inflow region can be advantageous, in particular, if the spatial conditions do not allow any extension of the line over the entire length.
  • the refrigerant By the flow from the refrigerant passage perpendicular to the extension of the conduit is achieved that the refrigerant preferably flows to one of the walls of the inflow region, before it continues to flow in one of the flat tubes. In this way, a more uniform distribution of the refrigerant is achieved in the inflow.
  • the refrigerant transfer is arranged at an angle to the main flow direction of the flat tubes and in the plane of the flat tubes, wherein the angle is in a range of 140 ° to 220 °, preferably in a range of 160 ° to 200 °, while preferably corresponds to about 180 °.
  • the refrigerant transfer in a predetermined angle to the main flow direction of the flat tubes in the plane of the flat tubes, it can be achieved that the refrigerant does not flow directly into the flat tubes, but previously distributed along the inflow region. In this way, a more uniform distribution of the refrigerant is achieved in the inflow.
  • the refrigerant transfer is formed by an opening.
  • the refrigerant transfer is formed by a plurality of openings, which are arranged in the extension direction of the line adjacent to each other and which are arranged in a plane of the flat tubes at the same angle to the main flow direction of the flat tubes or in individually different angles are arranged to the main flow direction.
  • a plurality of openings which are arranged directly adjacent to each other in a small area of the conduit, may be particularly advantageous for a uniform distribution of the refrigerant in the inflow area.
  • a small area is meant a range that occupies a maximum of about one quarter of the length of the line in relation to the total length of the line in the collecting box.
  • the outer dimension of the conduit is in a ratio of 0.25 to 0.5 to the inner dimension of the collecting tank.
  • the limitation of the outer dimension of the line in relation to the inner dimension of the collecting tank is advantageous because it ensures that always sufficiently large gaps remain between the line and the inner walls of the collecting tank. If the line, compared to the inner dimensions of the collecting tank, occupy too large a region, the line would have an excessive blocking effect for the refrigerant. The inflow of the refrigerant into the flat tubes would be hindered.
  • the outer dimension would be given, for example, by the outer diameter.
  • a width of the opening of the refrigerant passage or the refrigerant passage openings is in a ratio of 0.1 to 0.4 to the inner dimension of the header tank.
  • the opening or the openings of the refrigerant transfer extends over a range of about 1% to 25% of the length of the inflow region.
  • a spatial limitation of the refrigerant transfer in relation to the length of the inflow region is advantageous because it can be achieved that the refrigerant transfer can not extend to an arbitrarily long piece of the inflow, whereby disadvantages would arise in terms of uniform distribution.
  • the line is guided by a parallel to the plane of the flat tubes arranged end face of the collecting tank in the inflow region.
  • the guidance of the line through a parallel to the plane of the flat tubes arranged end face of the collecting tank is advantageous because the line also extends within the collecting tank in a direction perpendicular to the plane of the flat tubes direction of the collecting tank. It can be avoided by already taking place in this direction introduction of the line unnecessary deflection, which can bring undesirable pressure losses.
  • a particularly advantageous embodiment of the invention provides that the heat exchanger is an evaporator.
  • FIG. 1 shows a section through a heat exchanger 1.
  • the heat exchanger 1 has a collection box 2, 2 a on two mutually opposite selves.
  • the two header boxes 2, 2 a are connected to one another via the flat tubes 4.
  • Via the flat tubes 4, a refrigerant can flow between the two header tanks 2, 2 a.
  • FIG. 1 as well as the FIG. 2 only one of the two headers 2, 2a is shown in each case.
  • the collection box 2 shown in each case has the inflow region of the heat exchanger 1.
  • the collection box 2 of FIG. 1 is divided by partitions 8 into several chambers.
  • a refrigerant flowing into the collecting box 2 can in each case only spread along one of these chambers before it flows through the flat tubes 4 into the respective second collecting box 2 a.
  • the refrigerant continues to be distributed and flows via further flat tubes 4 into the next chamber of the collecting tank 2.
  • this deflection between the first collecting box 2 and the second collecting box 2a takes place more or less frequently.
  • the first chamber of the collecting tank 2 is the inflow region 3 of the heat exchanger 1.
  • the lateral end face 7 of the collecting tank 2 lying parallel to the plane of the flat tubes is in this case penetrated by a line 5.
  • This line 5 is in fluid communication with a refrigerant source. Via the line 5, the refrigerant flows into the inflow region 3 of the collecting tank 2.
  • line 5 extends over the entire length I of the inflow 3.
  • the line 5 a refrigerant transfer 6 on. Via this refrigerant transfer 6, the refrigerant, which flows via the line 5 into the collecting box 2, can pass from the line 5 into the inflow region 3.
  • the in FIG. 1 shown refrigerant transfer 6 is formed by a single opening. It allows a flow of the refrigerant from the line 5 into the inflow region 3, which runs parallel to a plane of the flat tubes.
  • the refrigerant transfer 6 is positioned on the line 5 such that the refrigerant flows out of the line 5 in the direction of the wall 9 of the collecting tank 2 opposite the flat tubes 4.
  • the refrigerant transfer 6 should be oriented in such a way that the refrigerant is primarily directed to the wall 9 of the collecting tank 2 opposite the flat tubes 4. This contributes to a better distribution of the refrigerant in the inflow region 3.
  • the refrigerant transfer is not formed by a single opening, but rather by a plurality of small openings. These may for example be arranged in an area in which they are arranged directly adjacent to each other. This area is viewed in the extension direction of the line, preferably in the middle region of the inflow area. By arranging the refrigerant transfer in the middle region of the inflow region, a uniform distribution of the refrigerant is favored.
  • the refrigerant transfer 6 is formed from a plurality of openings, these can be aligned either uniformly at an equal angle to the main flow direction 10 of the flat tubes in a plane of the flat tubes or in individual, different angles to the main flow direction 10. Also in the arrangement of multiple openings Preferably, each of the openings aligned so that the refrigerant flows primarily to the flat tubes 4 opposite wall 9.
  • FIG. 2 shows an arrangement of a heat exchanger according to the embodiment of FIG. 1 ,
  • the reference numerals between the two figures are largely identical. Deviating is only the line 5a, which in comparison to FIG. 1 does not extend over the entire length I of the inflow region 3, but only protrudes into the collecting box 2 until it is slightly more than half the length I of the inflow region 3.
  • the refrigerant transfer 6 is in FIG. 2 arranged at the end of the line 5a. For the design of the refrigerant transfer 6 apply the already in FIG. 1 described possible alternative embodiments.
  • a conduit as in FIG. 1 shown a routing, as in FIG. 2 shown to be preferred.
  • Conduction along the entire length I of the inflow region 3 ensures that the entire refrigerant, which flows into the inflow region 3 above the line 5, 5a, experiences the same flow resistance.

Landscapes

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Abstract

Wärmeübertrager (1) mit einem Block aus parallel zueinander angeordneten Flachrohren (4) und zwischen den Flachrohren angeordneten Rippen, wobei die Flachrohre (4) Strömungskanäle bilden, welche von einem Kältemittel durchströmbar sind und die Flachrohre von einem Kühlmittel umströmbar sind, wobei die Flachrohre an ihren Endbereichen mit Sammelkästen (2, 2a) in Fluidkommunikation stehen, wobei das Kältemittel in einen Einströmbereich (3) eines Sammelkasten (2) einströmbar ist, welcher mit zumindest einem der Strömungskanäle in Fluidkommunikation steht, dadurch gekennzeichnet, dass der Einströmbereich (3) eine sich durch den Einströmbereich (3) erstreckende Leitung (5, 5a) zum Einströmen des Kältemittels aufweist, wobei ein Kältemittelübertritt (6) von der Leitung (5, 5a) zum Einströmbereich (3) des Sammelkastens (2) vorgesehen ist, welcher im mittleren Bereich des Einströmbereiches (3) des Sammelkastens (2) angeordnet ist, wobei der mittlere Bereich auf eine Richtung bezogen ist, die senkrecht zu einer Ebene der Flachrohre (4) orientiert ist.

Description

    Technisches Gebiet
  • Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager mit einem Block aus parallel zueinander angeordneten Flachrohren und zwischen den Flachrohren angeordneten Rippen, wobei die Flachrohre Strömungskanäle bilden, welche von einem Kältemittel durchströmbar sind und die Flachrohre von einem Kühlmittel umströmbar sind, wobei die Flachrohre an ihren Endbereichen mit Sammelkästen in Fluidkommunikation stehen, wobei das Kältemittel in einen Einströmbereich eines Sammelkasten einströmbar ist, welcher mit zumindest einem der Strömungskanäle In Fluidkommunikation steht.
    • Stand der Technik
  • Verdampfer in Klimaanlagen von Kraftfahrzeugen, werden oft mit einem Kältemittel durchströmt. Das in einem zwei-phasigen Zustand vorliegende Kältemittel wird dabei im Verdampfer vollständig in eine gasförmige Phase überführt.
  • Zum Zeitpunkt der Einleitung in den Verdampfer weist das Kältemittel sowohl eine flüssige, als auch eine gasförmige Phase auf.
  • Bei der Verwendung von Flachrohrverdampfern ist es vorteilhaft, wenn die beiden Phasen gleichmäßig auf die Flachrohre verteilt werden, um so eine gleichmäßige Wirkung des Verdampfers zu erzielen. Findet beispielsweise eine Ungleichverteilung statt, entstehen in den Bereichen, die weniger flüssiges Kältemittel zugeführt bekommen Warmzonen. Diese Warmzonen können den Wirkungsgrad des Verdampfers negativ beeinflussen.
  • Zur Erreichung einer gleichmäßigen Verteilung des Kältemittels sind im Stand der Technik verschiedene Methoden bekannt.
  • Die DE 10 2005 004 284 A1 offenbart beispielsweise einen Flachrohrverdampfer, welcher an einem seiner seitlich angeordneten Sammelkasten, eine an der seitlichen parallel zur Ebene der Flachrohre ausgerichtete Seitenfläche eine Einströmöffnung aufweist, durch welche das Kältemittel in den Verdampfer einströmen kann. Das Kältemittel verteilt sich dabei frei im Einströmbereich und strömt von dort in die Flachrohre.
  • Die US 2006/0201198 A1 offenbart einen Flachrohrverdampfer, welcher eine Düse an der seitlichen parallel zur Ebene der Flachrohre ausgerichteten Seitenwand des Sammelkastens aufweist. Durch die Düse wird versucht eine möglichst gleichmäßige Einströmung des Kältemittels über die gesamte Länge des Sammelkastens zu gewährleisten.
  • Nachteilig hieran ist, dass insbesondere bei großen Massenströmen, bzw. hohen Dampfgeschwindigkeiten, durch den Bernoulli-Effekt eine deutliche Absenkung des statischen Drucks im Eintrittsbereich stattfindet. Diese Absenkung kann unter Umständen so groß werden, dass die nach der Düse angeordneten ersten Flachrohre nicht mit Kältemittel beaufschlagt werden. In Extremfällen, kann dadurch sogar ein Rückwärtsströmen des Kältemittels in diesen Flachrohren auftreten. Dies führt ebenfalls zu der Ausbildung von Warmzonen, die den Wirkungsgrad des Verdampfers negativ beeinflussen.
  • Die EP 1 548 380 A2 offenbart eine in den Sammelkasten hineingeführte Einspritzleitung, die entlang ihrer Ausdehnung in den Sammelkasten eine Vielzahl von Öffnungen aufweist, die bevorzugt in eine gemeinsame Richtung ausgerichtet sind. Das Kältemittel strömt durch diese Einspritzleitung und tritt aus der Vielzahl von Öffnungen aus, um sich gleichmäßig im Sammelkasten zu verteilen.
  • Die Öffnungen weisen dabei in eine, von den Eintritten der Flachrohre abgewandte, Richtung.
  • Nachteilig hierbei ist, dass Insbesondere bei hohen Massenströmen davon auszugehen ist, dass die einzelnen Öffnungen mit einem unterschiedlichen Dampfgehalt des Kältemittels beaufschlagt werden, was zu einer starken Ungleichverteilung im Sammelkasten führt. Dies verschärft die Problematik, wie Entstehung von Warmzonen, eher.
  • Nachteilig an den Vorrichtungen nach dem Stand der Technik ist, dass eine gleichmäßige Verteilung des zwei-phasigen Kältemittels über den Sammelkasten, sowohl bei niedrigen, als auch bei hohen Massenströmen nicht erreicht wird.
    • Darstellung der Erfindung, Aufgabe, Lösung, Vorteile
  • Daher ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Wärmeübertrager bereitzustellen, welcher sowohl bei hohen, als auch bei niedrigen Massenströmen eine gleichmäßige Verteilung des einströmenden Kältemittels über den Einströmbereich des Sammelkastens ermöglicht.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird durch einen Wärmeübertrager mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 gelöst.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager mit einem Block aus parallel zueinander angeordneten Flachrohren und zwischen den Flachrohren angeordneten Rippen, wobei die Flachrohre Strömungskanäle bilden, welche von einem Kältemittel durchströmbar sind und die Flachrohre von einem Kühlmittel umströmbar sind, wobei die Flachrohre an ihren Endbereichen mit Sammelkästen in Fluidkommunikation stehen, wobei das Kältemittel in einen Einströmbereich eines Sammelkasten einströmbar ist, welcher mit zumindest einem der Strömungskanäle in Fluidkommunikation steht, wobei der Einströmbereich eine sich durch den Einströmbereich erstreckende Leitung zum Einströmen des Kältemittels aufweist, wobei ein Kältemittelübertritt von der Leitung zum Einströmbereich des Sammelkastens vorgesehen ist, welcher im mittleren Bereich des Einströmbereiches des Sammelkastens angeordnet ist, wobei der mittlere Bereich auf eine Richtung bezogen ist, die senkrecht zu einer Ebene der Flachrohre orientiert ist.
  • Über die Leitung, welche im Inneren des Sammelkastens verläuft, kann das Kältemittel an einem definierten Punkt in den Einströmbereich des Sammelkastens eingeströmt werden. Dadurch lässt sich eine gleichmäßigere Verteilung des Kältemittels im Einströmbereich des Sammelkastens erzeugen. Durch eine gelichmäßigere Verteilung kann der Wirkungsgrad des Wärmeübertragers erhöht werden.
  • Die Anordnung des Kältemittelübertritts im mittleren Bereich des Einströmbereiches ist einer gleichmäßigen Verteilung des Kältemittels im Einströmbereich besonders zuträglich, da der Strömungsweg zu den jeweils am weitest entfernten Flachrohren gleich ist.
  • Ein Flachrohr besteht aus im Wesentlichen zwei sich gegenüberliegenden großen flachen Seitenflächen, die über zwei Schmalseiten miteinander verbunden sind. Die Ebene der Flachrohre bezeichnet daher eine Ebene, die parallel zu den großen flachen Seitenflächen der Flachrohre verläuft.
  • Auch ist es vorteilhaft, wenn sich die Leitung im Wesentlichen senkrecht zu einer Ebene der Flachrohre erstreckt.
  • Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung, ist es vorgesehen, dass die Leitung sich im Wesentlichen über die halbe Länge des Einströmbereiches erstreckt oder sich über die im Wesentlichen gesamte Länge des Einströmbereiches erstreckt.
  • Durch eine Erstreckung der Leitung über die gesamte Länge des Einströmbereiches wird erreicht, dass die Sperrwirkung, welche von der Leitung verursacht wird, für das in den Einströmbereich geströmte Kältemittel über die gesamte Länge des Einströmbereiches gleich ist. Dies begünstigt eine gleichmäßige Verteilung des Kältemittels im Einströmbereich. Die Sperrwirkung entsteht dabei durch die Leitung, welche dem freien Strom des Kältemittels innerhalb des Einströmbereiches im Weg ist.
  • Durch eine Erstreckung über die halbe Länge des Einströmbereiches, können die Materialkosten gesenkt werden. Zusätzlich kann eine Ausführung mit einer Leitung, welche sich nur über die halbe Länge des Einströmbereiches erstreckt insbesondere dann vorteilhaft sein, wenn die räumlichen Gegebenheiten keine Erstreckung der Leitung über die volle Länge zulassen.
  • Außerdem ist es zweckmäßig, wenn die aus dem Kältemittelübertritt austretende Strömung senkrecht zur Erstreckung der Leitung ausgerichtet ist.
  • Durch die Strömung aus dem Kältemittelübertritt senkrecht zur Erstreckung der Leitung wird erreicht, dass das Kältemittel bevorzugt an eine der Wandungen des Einströmbereiches strömt, bevor es in eines der Flachrohre weiterströmt. Auf diese Weise wird eine gleichmäßigere Verteilung des Kältemittels im Einströmbereich erreicht.
  • In einer besonders günstigen Ausgestaltung, kann es vorgesehen sein, dass der Kältemittelübertritt in einem Winkel zur Hauptströmungsrichtung der Flachrohre und in der Ebene der Flachrohre angeordnet ist, wobei der Winkel in einem Bereich von 140° bis 220° liegt, dabei vorzugsweise in einem Bereich von 160° bis 200° liegt, dabei vorzugsweise etwa 180° entspricht.
  • Durch eine Anordnung des Kältemittelübertritts in einen vorgegebenen Winkel zur Hauptströmungsrichtung der Flachrohre in der Ebene der Flachrohre, kann erreicht werden, dass das Kältemittel nicht direkt in die Flachrohre einströmt, sondern sich vorher entlang des Einströmbereiches verteilt. Auf diese Weise wird eine gleichmäßigere Verteilung des Kältemittels im Einströmbereich erreicht.
  • Auch ist es vorteilhaft, wenn der Kältemittelübertritt durch eine Öffnung gebildet ist.
  • Durch das Vorsehen von nur einer Öffnung für den Kältemittelübertritt, können Fehlverteilungen im Einströmbereich vermieden werden, insbesondere, wenn diese eine Öffnung im mittleren Bereich des Einströmbereiches angeordnet ist. Bei kleinen Massenströmen verteilt sich das Kältemittel so gleichmäßiger über die gesamte Länge des Einströmbereiches. Bei großen Massenströmen, wird durch die eine Öffnung, welche im Inneren des Einströmbereiches positioniert ist und vorteilhafterweise eine Strömung aus der Leitung in einer Eben der Flachrohre ermöglicht, vermieden, dass das Kältemittel über einzelne Flachrohre hinwegströmen kann, wie es beispielsweise bei einer einfachen Einströmung durch eine seitliche Wandung des Sammelkastens erfolgen kann. In jedem Fall wird durch Vorsehen einer einzigen Einströmöffnung eine Fehlverteilung der Anteile von Flüssigkeit und Dampf vermieden.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist es zweckmäßig, der Kältemittelübertritt durch eine Mehrzahl von Öffnungen gebildet ist, welche in Erstreckungsrichtung der Leitung benachbart zueinander angeordnet sind und welche in einer Ebene der Flachrohre im gleichen Winkel zur Hauptdurchströmungsrichtung der Flachrohre angeordnet sind oder in individuell unterschiedlichen Winkeln zur Hauptdurchströmungsrichtung angeordnet sind.
  • Eine Mehrzahl von Öffnungen, welche direkt zueinander benachbart in einem kleinen Bereich der Leitung angeordnet sind, kann für eine gleichmäßige Verteilung des Kältemittels im Einströmbereich besonders vorteilhaft sein. Durch die Anordnung der Mehrzahl von Öffnungen in einem kleinen Bereich, bleiben die Vorteile, welche mit einer einzelnen Öffnung einhergehen, erhalten, während ein zusätzlicher Vorteil darin liegt, dass über eine Mehrzahl von individuell ausgerichteten Öffnungen eine noch vorteilhaftere Verteilung erreicht werden kann.
  • Mit einem kleinen Bereich ist ein Bereich gemeint, der im Verhältnis zur Gesamtlänge der Leitung im Sammelkasten maximal etwa ein Viertel der Leitungslänge einnimmt.
  • Gemäß einer besonders günstigen Weiterbildung der Erfindung, ist es außerdem vorgesehen, dass der Außenabmessung der Leitung in einem Verhältnis von 0,25 bis 0,5 zu der inneren Abmessung des Sammelkastens steht.
  • Die Begrenzung der Außenabmessung der Leitung im Verhältnis zur inneren Abmessung des Sammelkastens ist deshalb vorteilhaft, da so sichergestellt ist, dass stets ausreichend große Spalte zwischen der Leitung und den Innenwandungen des Sammelkastens bestehen bleiben. Würde die Leitung, im Vergleich zur Innenabmessung des Sammelkastens, einen zu großen Bereich einnehmen, würde von der Leitung eine zu große Sperrwirkung für das Kältemittel ausgehen. Das Einströmen des Kältemittels in die Flachrohre würde dadurch behindert werden.
  • Für den Fall einer zylindrischen Leitung wäre die Außenabmessung beispielsweise durch den Außendurchmesser gegeben.
  • Weiterhin ist es zu bevorzugen, wenn eine Breite der Öffnung des Kältemittelübertritts oder der Öffnungen des Kältemittelübertritts in einem Verhältnis von 0,1 bis 0,4 zur inneren Abmessung des Sammelkastens steht.
  • Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn sich die Öffnung oder die Öffnungen des Kältemittelübertritts über einen Bereich von etwa 1% bis 25% der Länge des Einströmbereiches erstreckt.
  • Eine räumliche Begrenzung des Kältemittelübertritts im Verhältnis zur Länge des Einströmbereiches ist vorteilhaft, da so erreicht werden kann, dass der Kältemittelübertritt sich nicht auf ein beliebig langes Stück des Einströmbereiches erstrecken kann, wodurch Nachteile hinsichtlich der gleichmäßigen Verteilung entstehen würden.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist es vorteilhaft, wenn die Leitung durch eine parallel zur Ebene der Flachrohre angeordnete Stirnfläche des Sammelkastens in den Einströmbereich geführt ist.
  • Das Führen der Leitung durch eine parallel zur Ebene der Flachrohre angeordnete Stirnfläche des Sammelkastens ist vorteilhaft, weil die Leitung auch innerhalb des Sammelkastens in einer senkrecht zur Ebene der Flachrohre verlaufenden Richtung des Sammelkastens verläuft. Es können durch eine bereits in dieser Richtung erfolgende Einführung der Leitung unnötige Umlenkstellen vermieden werden, die unerwünscht Druckverluste mit sich bringen können.
  • Ein besonderes vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung sieht vor, dass der Wärmeübertrager ein Verdampfer ist.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Figurenbeschreibung beschrieben.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen detailliert erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
    • Fig.1
    einen Schnitt durch einen Sammelkasten eines Wärmeübertragers, mit einer in den Einströmbereich eingesteckten Leitung, durch welche das Kältemittel mittig in den Einströmbereich eingeströmt wird, mit einer Leitung, die sich entlang des gesamten Einströmbereichs erstreckt, und
    Fig. 2
    eine alternative Ausgestaltung des Wärmeübertragers nach Figur 1 mit einer verkürzten Leitung.
    Bevorzugte Ausführung der Erfindung
  • Die Figur 1 zeigt einen Schnitt durch einen Wärmeübertrager 1. Im Detail ist in Figur 1 ein Schnitt durch einen Sammelkasten 2 dargestellt. Der Wärmeübertrager 1 weist an zwei sich gegenüberliegenden Selten jeweils einen Sammelkasten 2, 2a auf. Die beiden Sammelkästen 2, 2a sind über die Flachrohre 4 miteinander verbunden. Über die Flachrohre 4 kann ein Kältemittel zwischen den beiden Sammelkästen 2, 2a strömen.
  • In der Figur 1 sowie der Figur 2 ist jeweils nur einer der beiden Sammelkästen 2, 2a dargestellt. Der jeweils gezeigte Sammelkasten 2 weist den Einströmbereich des Wärmeübertragers 1 auf.
  • Der Sammelkasten 2 der Figur 1 ist durch Trennwände 8 in mehrere Kammern unterteilt. Ein in den Sammelkasten 2 einströmendes Kältemittel kann sich jeweils nur entlang einer dieser Kammern ausbreiten, bevor es durch die Flachrohre 4 in den jeweils zweiten Sammelkasten 2a überströmt. In diesem zweiten Sammelkasten 2a verteilt sich das Kältemittel weiter und strömt über weitere Flachrohre 4 In die nächste Kammer des Sammelkastens 2 hinein. Je nach Länge des Sammelkastens 2 und Anzahl der Trennwände 8 findet diese Umlenkung zwischen dem ersten Sammelkasten 2 und dem zweiten Sammelkasten 2a mehr oder weniger häufig statt.
  • Die erste Kammer des Sammelkastens 2 ist der Einströmbereich 3 des Wärmeübertragers 1. Die seitliche, parallel zur Ebene der Flachrohre liegende Stirnfläche 7 des Sammelkastens 2 ist hierbei von einer Leitung 5 durchdrungen. Diese Leitung 5 steht In Fluidkommunikation mit einer Kältemittelquelle. Über die Leitung 5 strömt das Kältemittel in den Einströmbereich 3 des Sammelkastens 2 ein.
  • Die in Figur 1 gezeigte Leitung 5 erstreckt sich über die gesamte Länge I des Einströmbereichs 3. Im mittleren Bereich des Einströmbereichs 3 weist die Leitung 5 einen Kältemittelübertritt 6 auf. Über diesen Kältemittelübertritt 6 kann das Kältemittel, welches über die Leitung 5 in den Sammelkasten 2 strömt, aus der Leitung 5 in den Einströmbereich 3 übertreten.
  • Der in Figur 1 gezeigte Kältemittelübertritt 6 ist durch eine einzige Öffnung gebildet. Er erlaubt eine Strömung des Kältemittels aus der Leitung 5 in den Einströmbereich 3, welche parallel zu einer Ebene der Flachrohre verläuft. Der Kältemittelübertritt 6 ist so an der Leitung 5 positioniert, dass das Kältemittel in Richtung der den Flachrohren 4 gegenüberliegenden Wandung 9 des Sammelkastens 2 aus der Leitung 5 ausströmt.
  • Hierdurch wird erreicht, dass das Kältemittel auf die Wandung 9 prallt und sich dort entlang des gesamten Einströmbereichs 3 über die Länge I verteilt. Dies führt zu einer gleichmäßigen Verteilung des Kältemittels innerhalb des Einströmbereichs 3. Schließlich strömt das Kältemittel, welches weitestgehend gleichverteilt im Einströmbereich 3 vorliegt, in die Flachrohre 4 zum gegenüberliegenden Sammelkasten 2a.
  • Im hier gezeigten Ausführungsbeispiel liegt zwischen der Öffnung, welche den Kältemittelübertritt 6 bildet, und der Hauptströmungsrichtung 10 durch die Flachrohre 4 ein Winkel von ungefähr 180° in einer Ebene der Flachrohre. In alternativen Ausführungsformen ist ein abweichender Winkel vorsehbar. Der Kältemittelübertritt 6 sollte jedoch In dem Fall so ausgerichtet sein, dass das Kältemittel primär an die den Flachrohren 4 gegenüberliegende Wandung 9 des Sammelkastens 2 gelenkt wird. Dies trägt zu einer besseren Verteilung des Kältemittels im Einströmbereich 3 bei.
  • In alternativen Ausführungsformen ist es ebenso vorsehbar, dass der Kältemittelübertritt nicht durch eine einzige Öffnung gebildet ist, sondern vielmehr durch eine Mehrzahl kleiner Öffnungen. Diese können beispielsweise in einem Bereich angeordnet sein, in welchem sie direkt zueinander benachbart angeordnet sind. Dieser Bereich befindet sich in Erstreckungsrichtung der Leitung betrachtet, vorzugsweise im mittleren Bereich des Einströmbereichs. Durch eine Anordnung des Kältemittelübertritts im mittleren Bereich des Einströmbereichs wird eine gleichmäßige Verteilung des Kältemittels begünstigt.
  • Sofern der Kältemittelübertritt 6 aus einer Mehrzahl von Öffnungen gebildet ist, können diese entweder einheitlich in einem gleichen Winkel zur Hauptströmungsrichtung 10 der Flachrohre in einer Ebene der Flachrohre ausgerichtet sein oder auch in individuellen, unterschiedlichen Winkeln zur Hauptströmungsrichtung 10. Auch bei der Anordnung mehrerer Öffnungen ist vorzugsweise jede der Öffnungen so ausgerichtet, dass das Kältemittel primär an die den Flachrohren 4 entgegengesetzte Wandung 9 strömt.
  • Die Figur 2 zeigt eine Anordnung eines Wärmeübertragers gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 1. Die Bezugszeichen zwischen den beiden Figuren stimmen weitestgehend überein. Abweichend ist nur die Leitung 5a, welche sich im Vergleich zur Figur 1 nicht über die gesamte Länge I des Einströmbereichs 3 erstreckt, sondern nur bis etwas über die Hälfte der Länge I des Einströmbereichs 3 in den Sammelkasten 2 hineinragt. Der Kältemittelübertritt 6 ist in Figur 2 am Endbereich der Leitung 5a angeordnet. Für die Ausgestaltung des Kältemittelübertritts 6 gelten die bereits in Figur 1 beschriebenen möglichen, alternativen Ausführungsformen.
  • Vorzugsweise sollte eine Leitung, wie in Figur 1 gezeigt, einer Leitungsführung, wie in Figur 2 gezeigt, bevorzugt werden. Durch eine Leitungsführung entlang der gesamten Länge I des Einströmbereichs 3 ist sichergestellt, dass das gesamte Kältemittel, welches oberhalb der Leitung 5, 5a in den Einströmbereich 3 hineinströmt, den gleichen Strömungswiderstand erfährt.
  • Durch die Leitung 5, 5a entsteht eine Sperrwirkung, welche den Fluss des Kältemittels von oberhalb der Leitung 5, 5a zu den Flachrohren 4 hin unterschiedlich stark behindert. Im Sinne einer gleichmäßigen Kältemittelverteilung sollte diese Sperrwirkung über die gesamte Länge I des Einströmbereichs 3 möglichst gleichmäßig sein.

Claims (12)

  1. Wärmeübertrager (1) mit einem Block aus parallel zueinander angeordneten Flachrohren (4) und zwischen den Flachrohren angeordneten Rippen, wobei die Flachrohre (4) Strömungskanäle bilden, welche von einem Kältemittel durchströmbar sind und die Flachrohre von einem Kühlmittel umströmbar sind, wobei die Flachrohre an ihren Endbereichen mit Sammelkästen (2, 2a) in Fluidkommunikation stehen, wobei das Kältemittel in einen Einströmbereich (3) eines Sammelkasten (2) einströmbar ist, welcher mit zumindest einem der Strömungskanäle in Fluidkommunikation steht, dadurch gekennzeichnet, dass der Einströmbereich (3) eine sich durch den Einströmbereich (3) erstreckende Leitung (5, 5a) zum Einströmen des Kältemittels aufweist, wobei ein Kältemittelübertritt (6) von der Leitung (5, 5a) zum Einströmbereich (3) des Sammelkastens (2) vorgesehen ist, welcher im mittleren Bereich des Einströmbereiches (3) des Sammelkastens (2) angeordnet ist, wobei der mittlere Bereich auf eine Richtung bezogen ist, die senkrecht zu einer Ebene der Flachrohre (4) orientiert ist.
  2. Wärmeübertrager (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Leitung (5, 5a) im Wesentlichen senkrecht zu einer Ebene der Flachrohre (4) erstreckt.
  3. Wärmeübertrager (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitung (5, 5a) sich im Wesentlichen über die halbe Länge (I) des Einströmbereiches (3) erstreckt oder sich über die im Wesentlichen gesamte Länge (I) des Einströmbereiches (3) erstreckt.
  4. Wärmeübertrager (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die aus dem Kältemittelübertritt (6) austretende Strömung senkrecht zur Erstreckung der Leitung (5, 5a) ausgerichtet ist.
  5. Wärmeübertrager (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kältemittelübertritt (6) in einem Winkel zur Hauptströmungsrichtung (10) der Flachrohre (4) und in der Ebene der Flachrohre (4) angeordnet ist, wobei der Winkel in einem Bereich von 140° bis 220° liegt, dabei vorzugsweise in einem Bereich von 160° bis 200° liegt, dabei vorzugsweise etwa 180° entspricht.
  6. Wärmeübertrager (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kältemittelübertritt (6) durch eine Öffnung gebildet ist.
  7. Wärmeübertrager (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kältemittelübertritt (6) durch eine Mehrzahl von Öffnungen gebildet ist, welche in Erstreckungsrichtung der Leitung (5, 5a) benachbart zueinander angeordnet sind und welche in einer Ebene der Flachrohre (4) im gleichen Winkel zur Hauptdurchströmungsrichtung (10) der Flachrohre (4) angeordnet sind oder in individuell unterschiedlichen Winkeln zur Hauptdurchströmungsrichtung (10) angeordnet sind.
  8. Wärmeübertrager (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenabmessung der Leitung (5, 5a) in einem Verhältnis von 0,25 bis 0,5 zu der inneren Abmessung des Sammelkastens (2) steht.
  9. Wärmeübertrager (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Breite der Öffnung des Kältemittelübertritts (6) oder der Öffnungen des Kältemittelübertritts (6) in einem Verhältnis von 0,1 bis 0,4 zur inneren Abmessung des Sammelkastens (2) steht.
  10. Wämeübertrager (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Öffnung oder die Öffnungen des Kältemittelübertritt (6) über einen Bereich von etwa 1% bis 25% der Länge (I) des Einströmbereiches (3) erstreckt.
  11. Wärmeübertrager (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitung (5, 5a) durch eine parallel zur Ebene der Flachrohre (4) angeordnete Stirnfläche (7) des Sammelkastens (2) in den Einströmbereich (3) geführt ist.
  12. Wärmeübertrager (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeübertrager (1) ein Verdampfer ist.
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